BIODIGESTERIS: KAM JIS SKIRTAS, RŪŠYS, PRANAŠUMAI, TRŪKUMAI - APLINKA - 2024

Biodigester yra uždaroma cisterna, kur metano dujų ir organinės trąšos yra generuojami anaerobinės fermentacijos organinių medžiagų. Biologinis pagrindas yra organinių medžiagų irimas, veikiant bakterijoms hidrolizės, rūgštėjimo, acetanogenezės ir metanogenezės būdu.

Biodigesteris sukuria kontroliuojamas biologinio virškinimo proceso sąlygas. Po šio proceso kaip galutiniai produktai gaunamos biodujos (metanas, anglies dioksidas, azotas ir vandenilio sulfidas), biosolis (kieta trąša) ir biolas (skystos trąšos).

Biodujų sistema. Šaltinis: „Renergon International AG“

Pagrindinė operacija prasideda nuo organinių atliekų ir vandens įpylimo į hermetišką indą, kuriame vyksta anaerobinio rūgimo procesas. Tada biodujos išgaunamos saugojimui, tiesioginiam naudojimui arba kaip trąša.

Trys pagrindiniai biodigesterių tipai pagal jų pakrovimo sistemą yra nepertraukiami, pusiau ištisiniai ir ištisiniai. Serijiniai biodigesteriai su organinėmis atliekomis kraunami tik vieną kartą per kiekvieną gamybos procesą, tada trąšos išgaunamos, kad būtų pradėtas kitas ciklas.

Pusiau ištisinės apkrovos reguliariai pakraunamos iš trąšų kiekio, prilygstančio pakrautam kiekiui. Nepertraukiamos sistemos yra pramonės įmonės, turinčios nuolatinę organinių medžiagų apkrovą, taip pat išgaunančios biodujas ir trąšas.

Tarp biologinių skaidytuvų pranašumų yra tinkamas organinių atliekų tvarkymas, jų perdirbimas ir pavojaus aplinkai mažinimas. Be to, gaminamos energijos (biodujos) ir organinės trąšos, kurios sukuria ekonominę ir aplinkosauginę vertę.

Tačiau yra ir tam tikrų trūkumų, tokių kaip vandens suvartojimas, sunku išlaikyti idealų temperatūros lygį ir kenksmingų medžiagų (vandenilio sulfido, siloksenų) buvimas. Tai taip pat pabrėžia žaliavų kaupimąsi šalia teritorijos ir sprogimo riziką.

Galite pastatyti palyginti nebrangų naminį biodigesterį ir perdirbti organines virtuvės atliekas. Tam reikia tik statinės su hermetišku dangčiu ir kai kuriomis santechnikos medžiagomis (be kita ko, PVC vamzdžiais, kamščiais).

Didesniu mastu kaimo vietovių namuose ekonomiškiausia ir palyginti nesudėtinga pastatyti sistemą yra dešra. Šią sistemą iš esmės sudaro sandarus polietileno maišas su atitinkamomis jungtimis.

Kam tai

- Organinių atliekų apdorojimas ir perdirbimas

Biodegeneratoriai yra labai naudingos technologinės alternatyvos, susijusios su tvariu organinių atliekų tvarkymu ir atsinaujinančios energijos gamyba. Pvz., Jie yra alternatyva kietų ir skystų organinių atliekų, kurios paverčiamos biodigesterio žaliava, perdirbimui.

Tokiu būdu perdirbant organines atliekas sumažinamas jų taršos poveikis ir sutaupoma lėšų tvarkant. Biodigesteriai naudojami nuotekų valymui, kietų miesto organinių atliekų perdirbimui ir žemės ūkio bei gyvulininkystės atliekoms.

- Biodujų ir biodegalų gamyba

Anaerobinio skaidymo metu gaminamos biodujos ir organinės trąšos.

Biodujos

Biodujose yra apie 60% metano dujų, kurios yra labai kaloringas kuras ir gali būti naudojamos energijai gaminti. Jis gali būti naudojamas maisto ruošimui, elektros energijos (dujų turbinų) generavimui, variklių judėjimui ar šildymui.

Biologiniai trąšos

Biologiniai trąšos, susidarančios dėl biodigesterių, yra tokios būklės (biosolis) ir skystos (biolasas), turinčios daug makro ir mikroelementų. Pagrindinius makroelementus (fosforą, azotą ir kalį) galima gauti atskirai nuo bioolio ultrafiltracijos ir atvirkštinės osmoso procesų būdu.

Biolyje yra nemažas augalų vystymuisi naudingų augimo hormonų, tokių kaip indolio-acto rūgštis, giberellinai ir citokininai, kiekis.

Kaip tai veikia

Biodigesteris veikia generuodamas biodujinimo procesą per anaerobinį skaidymą, skaidydamasis hidratuotas organines medžiagas ir nesant oro. Tai vyksta vykstant fermentacijai, kurios pagrindiniai produktai yra metano dujos (CH4) ir anglies dioksidas (CO2).

- Įkelkite biodigesterį ir purtykite

Tai atliekama per pakrovimo baką, kurį sudaro rezervuaras, kuriame organinės medžiagos paruošiamos įpilti per pakrovimo vamzdelį į biodigesterį.

Organinių medžiagų ir krovinių apdorojimas

Biodigesterį reikia periodiškai maitinti organinėmis medžiagomis ir pakankamai vandens, kad jis galėtų nešiotis. Šia prasme 25% biodigesterio tūrio turi būti palikta laisva susidarančioms dujoms kauptis.

Savo ruožtu organinių medžiagų rūšis ir kokybė taip pat turės įtakos produktyvumui ir kietų bei skystų atliekų naudojimui trąšomis. Kai kurios organinės atliekos gali sukelti problemų fermentacijos procese, pavyzdžiui, citrusinių vaisių liekanos, kurios per daug rūgština terpę.

Medžiaga turi būti susmulkinta arba sumažinta iki mažiausios įmanomos, ir norint palengvinti fermentaciją, mišinyje turi būti 75% vandens ir 25% organinių medžiagų. Jis turi būti periodiškai maišomas, kad būtų užtikrintas fermentacijos proceso homogeniškumas mišinyje.

Temperatūra ir sulaikymo laikas

Organinės medžiagos sulaikymo laikas biodigesteryje iki visiškos fermentacijos priklauso nuo šios medžiagos rūšies ir temperatūros. Kuo aukštesnė aplinkos temperatūra, tuo greitesnė bus fermentacija (pavyzdžiui, esant 30 ºC, biodigesterio įkrovimas gali trukti apie 20 dienų).

- Anaerobinis virškinimas

Anaerobinis virškinimas. Šaltinis: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Bakterijos veikia procese, kuriam reikia tinkamų aplinkos sąlygų, tokių kaip oro nebuvimas, temperatūra aukštesnė nei 20 ° C (idealiu atveju 30-35 ° C) ir terpė, kuri nėra labai rūgšti. Šiomis sąlygomis išsivysto trys etapai:

Hidrolizė

Šiame procese veikia hidrolizės bakterijos, išskiriančios tarpląstelinius fermentus. Todėl sudėtingos angliavandenių, baltymų ir lipidų grandinės yra suskaidomos į mažesnius tirpius gabalus (cukrų, aminorūgštis ir riebalus).

Rūgštinimas arba fermentacija

Tirpūs ankstesnės fazės junginiai fermentuojami iki lakiųjų riebalų rūgščių, alkoholių, vandenilio ir CO2.

Acetanogenezė

Acetogeninės bakterijos pradeda žaisti, oksiduodamos organines rūgštis kaip anglies šaltinį. Jie sukuria acto rūgštį (CH3COOH), vandenilį (H2) ir anglies dioksidą (CO2), o nemalonūs kvapai atsiranda dėl vandenilio sulfido.

Metano susidarymas arba metanogeninė fazė

Paskutinėje fazėje veikia metanogeninės bakterijos, kurios skaido acetangenezės produktus ir sukuria metaną. Gamtoje šios bakterijos veikia pelkėse, vandens aplinkoje ir atrajotojų skrandyje.

Šios fazės pabaigoje mišinyje yra metano (nuo 45 iki 55%), anglies dioksido (nuo 40 iki 50%), azoto (nuo 2 iki 3%) ir vandenilio sulfido (nuo 1,5 iki 2%).

- išmetimas iš biodigesterio

Biodujų ir trąšų susidarymo greitis priklauso nuo biologinio skaidiklio tipo, organinių medžiagų, kurios jį maitina, ir nuo temperatūros. Biodujos kaupiasi viršutinėje biodigesterio dalyje ir per vamzdžius išgaunamos į rezervuarus.

Baigę fermentaciją, dumblas (kietų medžiagų ir skysčio mišinys) ištraukiamas vamzdžiais. Išleidimas vyksta jungiamųjų indų principu, tai yra, kraunant naują medžiagą, slėgis leidžia pertekliui išeiti iš priešingos pusės.

Medžiagos (įterptų organinių atliekų ir vandens) ir išeinančio produkto (biosolio ir bioolio) santykis yra beveik 1: 0,9. Tai prilygsta 90% išeigai, kai didžiausia dalis atitinka biolauką (skystas).

- Biodujos: valymas

Gautos dujos turi būti išgrynintos, kad būtų pašalintas arba sumažintas vandenilio sulfido ir vandens kiekis, naudojant spąstus abiejų junginių gaudymui. Tai būtina siekiant sumažinti įrangos sugadinimo riziką dėl šių komponentų korozinės galios.

Vandens gaudyklė

Biodujų išneštas vanduo nusėda, kai vamzdis atsidaro į didesnę erdvę, o dujos tęsiasi per kitą susiaurėjimą. Šis vamzdis baigiasi dideliame ir hermetiškame inde, kuriame yra vanduo, kurį vėliau ištraukia drenažo čiaupas apatinėje dalyje.

Vandenilio sulfido gaudyklė

Vandenilio sulfido išgavimo iš biodujų procesas yra panašus į vandens gaudyklės, tačiau vamzdžio kelyje įmontuotame gaudyklėje turi būti geležies drožlių ar kempinių. Kai biodujos praeina per geležies sluoksnį, vandenilio sulfidas reaguoja su juo ir nusėda.

- Trąšos: atskyrimas ir kompostavimas

Biosolio ir bioolio mišinys dekantuojamas, norint atskirti abu komponentus. Biosolį galima naudoti atskirai arba maišyti su kompostu, kad vėliau būtų naudojama kaip kieta trąša.

Biolis naudojamas kaip skystos lapų trąšos arba įpilamos į laistymo vandenį, todėl yra labai naudingos hidroponinėse sistemose.

Tipai

Biodujų gamyba Vokietijoje. Šaltinis: Volkerio Thiesas („Asdrubal“)

Biodigesteriai klasifikuojami pagal jų pakrovimo periodiškumą ir konstrukcijos formą. Dėl jo pakrovimo dažnio mes turime:

- nenutrūkstamas

Nepertraukiamą arba paketinę sistemą sudaro hermetiškas bakas, kuris yra visiškai įkrautas ir perkraunamas tik tada, kai nustoja gaminti biodujas. Dujos kaupiasi plūduriuojančiame kolektoriuje, pritvirtintame prie rezervuaro viršaus (benzometro).

Šis biodigesterio tipas naudojamas, kai organinės atliekos yra pertraukiamos.

- Pusiau ištisinis

Skirtingai nuo nepertraukiamos sistemos, pakrovimas ir iškrovimas biodujų gamybos proceso metu vyksta tam tikru metu. Pagal jos konstrukcijos sistemą yra trys pagrindiniai tipai:

Balionų ar dešrų biodigesteris

Jis taip pat vadinamas taivanietišku ir susideda iš plokščios betonu išklotos duobės, kurioje yra sumontuotas polietileno maišas ar cilindras. Šiame maiše turi būti įrengtos jungtys organinėms ir biodujoms patekti.

Balionas užpildomas vandeniu ir oru, vėliau pridedamos organinių atliekų apkrovos.

Pastovieji kupolo biodigesteriai

Tai yra vadinamasis kinų biodigesteris, kurį sudaro požeminis rezervuaras, pastatytas iš plytų arba betono. Cisterna yra vertikalus cilindras su išgaubtais arba užapvalintais galais ir turi pakrovimo ir iškrovimo sistemą.

Biodujos kaupiasi tam tikslui skirtoje erdvėje po viršutiniu kupolu. Biodigesteris dirba su kintamu biodujų slėgiu pagal savo produkciją.

Plūduriuojantis kupolo biodigesteris

Jis vadinamas induistų biodigesteriu, jį sudaro požeminis cilindrinis rezervuaras su pakrovimo ir iškrovimo sistema. Jis pastatytas iš plytų arba betono, o viršutinėje jo dalyje yra plūduriuojantis bakas (benzometras), kuriame kaupiasi biodujos.

Nerūdijančio plieno arba plastiku padengtas stiklo pluošto benzometras plūduriuoja virš mišinio, nes kaupiasi biodujos. Jis turi pranašumą, kad palaiko pastovų dujų slėgį.

Vėliau benzometras pakyla aukštyn ir žemyn, atsižvelgiant į mišinio lygį ir biodujų kiekį. Todėl reikia šoninių bėgelių arba centrinio kreipiamojo strypo, kad būtų išvengta trinties su sienomis.

- Nuolatinis

Šiuo atveju biodigesterio pakrovimas ir iškrovimas yra nenutrūkstamas procesas, reikalaujantis nuolatinio organinių atliekų buvimo. Tai yra didelės pramoninės sistemos, paprastai naudojamos nuotekoms perdirbti.

Tam naudojamos surinkimo rezervuarų sistemos, siurbliai pernešimui į biodigesterius ir trąšų ištraukimas. Biodujos yra filtruojamos ir paskirstomos suspaudžiant, kad būtų užtikrintas jų pasiskirstymas vartotojams.

Privalumas

Perdirbimas ir tarša

Įdiegus biodigesterį, galima perdirbti organines atliekas, taip sumažinant aplinkos taršą ir gaunant naudingus produktus. Kaimo vietovėse tai ypač svarbu tvarkant gyvūnų ekskrementus gyvulininkystės sistemose.

Biodujų gavimas

Biodujos yra efektyvus ir ekonomiškas energijos šaltinis, daugiausia tose vietose, kur nėra galimybės naudotis kitais energijos šaltiniais. Ekonomiškai prislėgtų šalių kaimo vietovėse maisto gaminimas atliekamas malkomis, o tai daro poveikį aplinkai.

Biodujų prieinamumas gali padėti sumažinti malkų poreikį, todėl gali turėti teigiamą poveikį biologinės įvairovės išsaugojimui.

Trąšų gamyba

Biologinių skaidytuvų būdu gaunamos kietos organinės trąšos (biosolis) ir skystas (biolasis). Šios trąšos daro mažesnį poveikį aplinkai ir sumažina žemės ūkio gamybos sąnaudas.

Sveikata

Leidžiant tinkamai tvarkyti organines atliekas, sumažėja jų keliama rizika sveikatai. Nustatyta, kad 85% patogenų neišgyvena biologinio virškinimo proceso.

Pavyzdžiui, fekalinės koliformos 35 ° C temperatūroje sumažėja 50–70%, o grybeliai - 95% per 24 valandas. Taigi, būdamas uždaru procesu, blogi kvapai sumažėja.

Trūkumai

Vandens prieinamumas

Sistema reikalauja daug vandens, nes reikalingas mišinys. Kita vertus, biodigesteris turi būti arti žaliavos šaltinio ir biodujų vartojimo vietos.

Temperatūra

Biodigesteris turi palaikyti pastovią 35 ° C ir 20–60 ° C temperatūrą. Todėl gali reikėti išorinio šilumos įvedimo.

Kenksmingi šalutiniai produktai

Tai gali gaminti toksišką ir ėsdinantį vandenilio sulfidą (H2S) ir silikono, gauto iš kosmetikos gaminių ir organinių atliekų mišinio. Šie siloksinai sukuria SiO2 (silicio dioksidą), kuris yra švitrus mašinoms ir komponentams.

Šių šalutinių produktų buvimas ir koncentracija priklauso nuo naudojamos žaliavos, vandens ir kieto substrato santykio, be kitų veiksnių.

Atliekų kaupimasis

Reikia kaupti atliekas šalia biodigesterio, o tai sukelia logistikos ir sanitarijos problemas, kurias reikia išspręsti.

Sprogimo rizika

Kadangi tai yra kuro dujų generatoriaus sistema, jei nesiimsite tinkamų atsargumo priemonių, tai reiškia tam tikrą sprogimo riziką.

Išlaidos

Nors biodigesterio priežiūra ir eksploatavimas yra palyginti nebrangūs, pradinės įrengimo ir statybos išlaidos gali būti gana didelės.

Kaip pasidaryti naminį biodigesterį

Namų biodigesteris. Šaltinis: Kevinsooryan

Biodigesteriui reikalingi pagrindiniai elementai ir bakas fermentuoti, pakrauti ir iškrauti vamzdžius su atitinkamais kamščiais. Be to, būtinos biodujų ir trąšų talpyklos.

Svarbu pažymėti, kad visa sistema turi būti nelaidi orui, kad būtų išvengta dujų nuotėkio. Kita vertus, sistema turi būti pagaminta iš nerūdijančių medžiagų, tokių kaip PVC ar nerūdijančio plieno, kad būtų išvengta žalos vandeniui ir vandenilio sulfidui.

- Fermentacijos bakas

Galima naudoti plastikinę statinę ar rezervuarą, kurio talpa priklausys nuo perdirbamų organinių atliekų kiekio. Šioje talpykloje turi būti hermetiškas dangtis arba, jei to nepavyks, dangtis turi būti uždarytas aukštai temperatūrai atspariu plastikiniu klijais.

Talpykloje turi būti keturios skylės, o visos jose padarytos instaliacijos turi būti užplombuotos aukštos temperatūros silikonu.

Pakrovimo dangtis

Ši anga yra rezervuaro dangtelio centre, ji turi būti bent 4 colių ilgio ir turi būti sumontuotas srieginis sanitarinis kištukas. Šis kištukas bus prijungtas prie 4 colių PVC vamzdžio, kuris pateks į baką vertikaliai iki 10 cm prieš dugną.

Šis įėjimas bus skirtas anksčiau susmulkintų ar susmulkintų organinių atliekų pakrovimui.

Nuotekų išleidimo anga 1

Svarbu atsiminti, kad 25% rezervuaro vietos turi būti laisva kauptis dujoms, todėl šone tame lygyje turi būti atidaryta skylė. Šioje skylėje bus pritvirtintas bako adapteris su 15 colių ilgio 2 colių PVC vamzdžio segmentu su čiaupu.

Šio nutekėjimo funkcija yra tokia, kad, gavus rezervuaro įkrovą per pakrovimo dangtį, būtų galima išeiti iš viršutinio skysčio bioolio. Biolas turi būti laikomas tinkamose talpyklose vėlesniam naudojimui.

Nuotekų išleidimo anga 2

Šis antrasis kanalizacija turi patekti į rezervuaro dugną, kad būtų išgauta tankesnė fermentuoto produkto dalis (biosolis). Taip pat bus naudojamas 15 colių ilgio 2 colių PVC vamzdžio segmentas su kamščiu.

Biodujų išleidimo anga

Bako viršuje bus išpjauta 1/2 colio anga, kad būtų galima sumontuoti vienodo skersmens PVC vamzdį naudojant rezervuaro adapterį. Šis vamzdis išleidimo angoje turės kamštį.

- Biodujų išleidimo ir valymo sistema

Biodujų išleidimo vamzdis turi būti ne trumpesnis kaip 1,5 m, kad jo kelyje būtų vandens ir vandenilio sulfido ištraukimo sistemos. Tada prireikus šį vamzdį galima prailginti, kad būtų galima perduoti dujas į jų saugojimo ar naudojimo vietą.

Vandens gavyba

Norėdami pašalinti vandenį iš išleidimo angos, vamzdį reikia pertraukti 30 cm atstumu, kad įdėtumėte plastikinį arba stiklinį indą su hermetišku dangčiu. Dujų perpylimo vamzdis turi turėti aplinkkelį per T jungtį, kad dujos prasiskverbtų pro talpyklą.

Tokiu būdu dujos užpildo indą, vanduo kondensuojasi ir dujos tęsiasi per vamzdį.

Vandenilio sulfido ekstrahavimas

Po vandens gaudyklės per kitus 30 cm įterpiamas 4 colių vamzdžio segmentas, naudojant atitinkamus redukcijas. Šis segmentas turėtų būti užpildytas geležinėmis drožlėmis ar komercinėmis metalinėmis kempinėmis.

Vandenilio sulfidas reaguos su metalu ir nusės, o biodujos tęs savo kelionę į saugojimo talpyklą ar naudojimo vietą.

Nuorodos

1. „Aparcana-Robles S“ ir „Jansen A“ (2008). Anaerobinio fermentacijos proceso produktų tręšiamosios vertės tyrimas biodujų gamybai. Germna ProfEC. 10 psl.
2. „Corona-Zúñiga I“ (2007). Biodigesteriai. Monografija. Hidalgo valstijos autonominio universiteto Pagrindinių mokslų ir inžinerijos institutas. Mineralinis de la Reforma, Hidalgo, Meksika. 64 psl.
3. „Manyi-Loh C“, „Mamphweli S“, „Meyer E“, „Okoh A“, „Makaka G“ ir „Simon M“ (2013). Mikrobiologinis anaerobinis virškinimas (biodigesteriai) kaip gyvulinių atliekų dezaktyvavimo taršos kontrolei ir atsinaujinančios energijos generavimo metodas. Tarptautinis aplinkos tyrimų ir visuomenės sveikatos žurnalas 10: 4390–4417.
4. „Olaya-Arboleda Y“ ir „González-Salcedo LO“ (2009). Biodigesterių projektavimo pagrindai. Žemės ūkio konstrukcijų dalyko modulis. Kolumbijos nacionalinio universiteto Inžinerijos ir administravimo fakultetas, Palmira būstinė. Palmira, Kolumbija. 31 psl.
5. Pérez-Medel JA (2010). Biodigesterio, skirto naudoti smulkiesiems ūkininkams ir pieno gamintojams, tyrimas ir projektavimas. Atmintis. Čilės universiteto Fizinių ir matematikos mokslų fakulteto Mechanikos inžinerijos katedra. Čilės Santjage, Čilėje. 77 psl.
6. „Yen-Phi VT“, „Clemens J“, „Rechenburg A“, „Vinneras B“, „Lenßen C“ ir „Kistemann T“ (2009). Higieninis poveikis ir plastikinių bioreaktorių gamyba atogrąžų sąlygomis. „Vandens ir sveikatos žurnalas“ 7: 590–596.